DE2312620A1

DE2312620A1 - Schaltungsanordnung zur regenerierung einer signalfolge

Info

Publication number: DE2312620A1
Application number: DE2312620A
Authority: DE
Inventors: Robert Walker Arnold; Louis Valintine Galetto
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1972-03-29
Filing date: 1973-03-14
Publication date: 1973-10-11
Also published as: US3760282A; GB1364823A; FR2177749A1; JPS4916410A

Description

Böblingen, den 1. März 1973 bm-aa 2312620

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N. Y. 1O5O4

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: EN 972 Oll

Schaltungsanordnung zur Regenerierung einer Signalfolge

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Regenerierung einer binäre Informationselemente enthaltenden Signalfolge.

Es ist bereits ein Verfahren zur Regenerierung von mit Phasen- und Amplitudenverzerrungen behafteten Signalen bekannt, bei dem die Signale einer Schwellwertschaltung mit festem Schwellwert zugeführt werden. In dieser Schaltung werden Störsignale geringer Amplitude von den Nutzsignalen getrennt. Infolge möglicher Schwankungen der Nutzsignalamplitude muß jedoch der feste Schwellwert relativ niedrig eingestellt werden, so daß auch Störsignale mit über den Schwellwert hinausgehender Amplitude die Schwellwertschaltung passieren können und so eine sichere Signalerkennung nicht möglich ist.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung zur Regenerierung einer binäre Informationselemente enthaltenden, Signalfolge anzugeben, mit der eine bessere Trennung von Nutz- und Störsignalen erfolgt und die ein sicheres Erkennen von mit Phasen- und Amplitudenverzerrungen versehenen InformationsSignalen ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens je ein Schwellwertdetektor und ein Spitzenwertdetektor vorgesehen sind, denen

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die Signalfolge parallel zugeführt wird, und daß jeweils ein Ausgang eines Schwellwertdetektors und eines Spitzenwertdetektors mit den Eingängen eines UND-Gliedes verbunden ist. Vorzugsweise weisen dabei die Schwellwertdetektoren in Abhängigkeit von ihrem Schaltzustand verschiedene Schwellwerte auf. Die Schwellwertdetektoren und die Spitzenwertdetektoren sind vorteilhaft jeweils in gleicher Weise für positive und für negative Signalanteile vorgesehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer bekannten Anordnung

zur Regenerierung von Signalen mit einer vorgeschalteten akustischen Verzögerungsleitung,

Fig. 2a .ein Blockschaltbild einer beanspruchten Schaltungsanordnung,

Fig. 2b den Verlauf einiger in der Schaltungsanordnung

nach Fig. 2a auftretender Signale,

Fig. 3a ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der beanspruchten Schaltungsanordnung,

Fig. 3b den Verlauf einiger in der Schaltungsanordnung

nach Fig. 3a auftretender Signale,

Fig. 4 den Schaltungsaufbau eines Verstärkers,

Fig. 5 den Schaltungsaufbau eines Schwellwertdetektors,

Fig. 6 den Schaltungsaufbau eines Spitzenwertdektektors

und

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Fig. 7 den Aufbau eines UND-Gliedes.

In Fig. 1 ist eine bekannte Regeneriereinrichtung 100 dargestellt, der Signale über eine Verzögerungsleitung zugeführt werden. Die Eingangssignale gelangen zu einer Treiberschaltung 50, die Signale ausreichender Stärke zu einem Umsetzer 60 liefert, der die elektrischen Signale in mechanische Signale umwandelt. Die mechanischen Signale werden in einer magnetostriktiven Verzögerungsleitung 70 verzögert und anschließend einem weiteren Umsetzer 8O zugeleitet, der die mechanischen Signale wieder in elektrische Signale umwandelt.

Die Regeneriereinrichtung 100 umfaßt einen Verstärker 110, der die Ausgangssignale des Umsetzers 80 empfängt, sowie einen Schwellwnrtdetektor 120 für positive Signalanteile und einen Schwellwertdetektor 130 für negative Signalanteile. Das Ausgangssignal des Verstärkers 110 wird beiden Schwellwertdetektoren 120 und 130 zugeführt, wo es mit den entsprechend eingestellten Schwellwerten verglichen wird. Wenn der Schwellwertdetektor 120 für positive Signalanteile anspricht, dann wird eine nachgeschaltete Triggerschaltung 90 gesetzt; spricht dagegen der Schwellwertdetektor 13O für negative Signalanteile an, dann wird die Triggerschaltung 90 zurückgestellt. Bei in Riehtungsschrift übertragenen Daten bedeuten somit der gesetzte Zustand der Triggerschaltung 90 das Auftreten des einen Datensignalzustandes und der zurückgestellte Zustand der Triggerschaltung 90 das Auftreten des anderen Datensignalzustandes. Die Regeneriereinrichtung 100 kann SignalVerzerrungen jedoch nicht vollständig eliminieren. Infoigen von Amplitudenschwankungen der Eingangssignale sprechen die Schwellwertdetektoren entweder zu früh oder zu spät an, wodurch die regenerierten Informationselemente gegenüber ihrer vorgegebenen Lage verschoben werden.

Die Fig. 2a zeigt eine beanspruchte Schaltungsanordnung zur Regenerierung von in Riehtungsschrift übertragenen Informationssignalen.

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Das Eingangssignal wird einem Verstärker 210 zugeleitet, der in Fig. 4 im einzelnen dargestellt ist. Dieser liefert über die Leitungen 211 und 213 Signale zu den Schwellwertdetektoren 220 und 230 sowie zu dem Spitzenwertdetektor 240. Die Signale auf den Leitungen 211 und 213 sind einander gleich. Aus schaltungstechnischen Gründen empfiehlt es sich, die Eingänge der Detektoren gegeneinander zu isolieren, so daß vorzugsweise getrennte Ausgangsleitungen 211 und 213 des Verstärkers 210 verwendet werden. Zur Schaltüngsvereinfachung wird für die Schwellwertdetektoren 220 und 230 der gleiche Schaltungsaufbau gewählt. Aus diesem Grunde wird dem Schwelldetektor 230 für positive Signalanteile ein Verstärker 232 vorgeschaltet, der eine Verstärkung von -1 aufweist. Das auf der Leitung 231 auftretende Signal ist somit gegenüber dem auf der Leitung 213 auftretenden invertiert. Der Aufbau der Schwellwertschaltungen 220 und 230 ist in Fig. 5 im einzelnen dargelegt. Die Ausgangsleitung 221 des Schwellwertdetektors 220 ist mit einem Eingang eines UND-Gliedes 250 verbunden. Der zweite Eingang dieses UND-Gliedes ist über eine Leitung 241 an den einen Ausgang des Spitzenwertdetektors 240 angeschlossen. Auf der Leitung 241 tritt ein Signal auf, wenn der Spitzenwertdetektor einen negativen Spitzenwert erkannt hat.

Die Eingänge eines zweiten UND-Gliedes 260 sind über eine Leitung 233 mit dem Ausgang des Schwellwertdetektors 230 für positive Signalanteile und über die Leitung 243 mit dem beim Auftreten positiver Spitzenwerte aktivierten Ausgang des Spitzenwertdetektors 40 verbunden. Die Ausgangsleitung 95 des UND-Gliedes 250 ist mit dem Setzeingang eines Flip-Flops 90 und die Ausgangsleitung 9 6 des UND-Gliedes 260 mit dem Rückstelleingang dieses Flip-Flops verbunden. Die regenerierten Informationssignale treten auf den Ausgangsleitungen 91 und 93 des Flip-Flops 90 auf.

In Fig. 2b ist der Verlauf einzelner in der Anordnung nach Fig. 2a auftretender Signale dargestellt. Das Signal auf den

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Leitungen 211 und 213 weist hiernach zuerst einen negativ gerichteten Signalanteil auf. Auf der Leitung 221 wird ein Signal erzeugt, wenn das Eingangssignal den im Schwellwertdetektor 220 eingestellten negativen Schwellwert erreicht hat. Infolge der Hysterese dieses Schwellwertdetektors wird nach dem Ansprechen der Schwellwert gesenkt, wie der strichliert dargestellte Verlauf des Schwellwertes in Fig. 2b zeigt. Durch diese Schwellwertänderung werden ein besserer Schutz gegen Störsignale sowie eine garantierte Mindestbreite des Ausgangsimpulses auf der Leitung 221 erzielt.

Wenn das Signal auf der Leitung 211 seinen negativen Spitzenwert erreicht, dann wird von dem Spitzenwertdetektor 240 ein Impuls auf die Leitung 241 abgegeben. Durch die Koinzidenz der auf den Leitungen 221 und 241 auftretenden Signale wird das UND-Glied 250 durchlässig, so daß auf der Leitung 95 der in Fig. 2b dargestellte Impuls auftritt. Durch diesen wird das Flip-Flop 90 gesetzt, so daß auf der Leitung 91 ein positiver Impuls und auf der Leitung 93 ein negativer Impuls gebildet werden.

Dieser Zustand der beiden Ausgangsleitungen 91 und 93 ist dem Auftreten eines negativen, über den eingestellten Schwellwert hinausgehenden Spitzenwertes zugeordnet.

Das auf der Leitung 231 dem Schwellwertdetektor 230 zugeführte Signal ist gegenüber dem Signal auf der Leitung 211 invertiert. Der Schwellwertdetektor 230 erzeugt auf der Leitung 233 einen Impuls, wenn das Eingangssignal den eingestellten positiven Schwellwert erreicht. Da die Schwellwertdetektoren 220 und 230 in gleicher Weise aufgebaut sind, tritt auch hier eine Absenkung des Schwellwertes nach dem Ansprechen des Schwellwertdetektors statt. Hierdurch werden, wie bereits erwähnt, ein besserer Schutz gegen Störsignale sowie eine vorgegebene Mindestbreite des Signals auf der Leitung 233 erzielt. Beim Erreichen des positiven Spitzenwertes spricht der Spitzenwertdetektor 240 an und erzeugt auf der Leitung 243 einen Ausgangsimpuls. Durch die Koinzidenz

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der Signale auf den Leitungen 233 und 243 wird das UND-Glied 260 durchlässig, so daß über die Leitung 96 das Flip-Flop 90 zurückgestellt wird. Dadurch, ändern sich die Potentiale auf den Leitungen 91 und 93 in der in Fig. 2b gezeigten Weise.

Die Fig. 3a stellt eine weitere Ausführungsform· der beanspruchten Schaltungsanordnung dar. Die Anordnung nach Fig. 3a ist geeignet für Signale, bei denen die Anwesenheit eines bestimmten Signalwertes einer binären 1 und das Auftreten den Signalwertes 0 einer binären 0 entspricht. Es sind somit nur ein Schwellwertdetektor sowie ein nur für eine Polarität ausgebildeter Spitzenwertdetektor erforderlich. Die Eingangssignale werden einem Verstärker 310 zugeführt, auf dessen Ausgangsleitung 311 Signale mit zur Betätigung eines Schwellwertdetektors

320 und eines Spitzenwertdetektors 340 ausreichender Größe und Energie auftreten. Wenn das Signal auf der Leitung 311 einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, wird vom Schwellwertdetektor 320 ein Ausgangssignal gebildet, das über die Leitung

321 einem UND-Glied 350 zugeführt wird. Das Ansprechen des Schwellwertdetektors bewirkt auch hier eine Herabsetzung des Schwellwertes, wie Fig. 3b zeigt.

Erreicht das Signal auf der Leitung 311 seinen Spitzenwert, dann wird auf der Aus gangs leitung 341 des Spit zenwertdetektors 340 ein Signal erzeugt. Dieses Signal wird einem weiteren Eingang des UND-Gliedes 350 zugeleitet. Da sich die Signale auf den Leitungen 321 und 341 überschneiden, wird auf der Ausgangsleitung 3'51 des UND-Gliedes 350 der aus Fig. 3b ersichtliche Impuls gebildet. Bei der Anordnung nach Fig. 3a ist kein Flip-, Flop erforderlich.

In Fig. 4 sind die in der Anordnung nach Fig. 2a enthaltenen Verstärker 210 und 232 in ihrem Aufbau dargestellt. Dem Eingang des Verstärkers 210 wird eine analoge Datensignalspannung zugeführt. Die SpannungsverStärkung wird über den Widerstand AR 28 so eingestellt, daß die Spitzenwerte der Spannungen auf den

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Ausgangsleitungen 211 und 213 etwa 0,7 Volt entsprechen.

Der Verstärker 210 besteht aus zwei Spannungsverstärkerstufen, von denen die erste Stufe die Transistoren AQl, AQ2 und AQ3 sowie die zweite Stufe die Transistoren AQ4, AQ5 und AQ6 enthalten, über den den Widerstand AR28 und den Kondensator AClO enthaltenden Rückkopplungspfad wird die Gesamtverstärkung eingestellt.

Der Transistor AQl ist ein Emitterfolger, der einen hohen Eingangswiderstand herstellt und der die Eingangsspannung zur Basis des Transistors AQ2 überträgt. Am Kollektor dieses Transistors treten in Abhängigkeit vom Eingangssignal Stromänderungen auf, die zur aus dem Transistor AQ3, den Widerständen AR8 und AR9 sowie dr»r Diode ADl bestehenden Rückkopplungsstufe übertragen werden. Der Strom am Kollektor des Transistors AQ4 ändert sich mit der Spannung am Kollektor des Transistors AQ3. Die Stromänderungen am Kollektor des Transistors AQ4 werden auf eine Rtickkopplungsstufe gegeben, die aus den Transistoren AQ5, AQ6 und dem Widerstand AR14 besteht.

Der Transistor AQ6 dient als Emitterfolger zur Verbesserung der Treibereigenschaften des Verstärkers. Die Kombination aus dem Kondensator ÄC9 und dem Widerstand AR19 ist als Wechselstromkopplung für die Ausgangsleitung 211 vorgesehen.

Der Transistor AQ8 ist ein Emitterfolger, der einen Puffer zwischen den Ausgangsleitungen 211 und 213 darstellt. Der Transistor AQ7 erzeugt eine Verstärkung von -1, d.h. er invertiert das anliegende Signal. Der Kollektor des Transistors AQ7 ist mit dem Emitterfolger AQ9 gekoppelt. Die Ausgangsleitung 231 führt zum Schwellwertdetektor 230 für die positiven Signalanteile.

In Flg. 5 ist der Aufbau eines Schwellwertdetektors dargestellt, der den in den Fign. 2a und 3a in Blockform eingezeichneten Schwellwertdetektoren entspricht. Die Eingangsleitung 213'ist mit der

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Basis eines Transistors TQl verbunden, der die Eingangsseite
eines Differentialverstärkers darstellt. Die beiden Transistoren TQl und TQ2 des Differentialverstärkers sind emitterseitig miteinander verbunden. Der Kollektor des Transistors TQ2 ist mit der Basis eines in Emitterschaltung vorgesehenen Transistors TQ3 gekoppelt. Mit dem Kollektor dieses Transistors TQ3 ist die Aus- . gangsleitung 221 verbunden. Von dieser Ausgangsleitung ist ein
Rückkopplungspfad über den Widerstand TR6 zur Basis des Transistors TQ2 vorgesehen.

Wenn kein Eingangssignal anliegt, dann sind der Transistor TQl
leitend und der Transistor TQ2 gesperrt. Dadurch wird auch der
Transistor TQ3 im gesperrten Zustand gehalten, wodurch sich ein Schwellwert von etwa -500 mV ergibt. Dieser Schwellwert wird bewirkt durch die Diode TD4.und die Widerstände TR6, TR7 .und TR8.

Um den Zustand des Schwellwertdetektors zu ändern, muß die Eingangsspannung den an der Basis des Transistors TQ2 herrschenden Potentialwert überschreiten. Ist dies der Fall, dann wird der
Transistors TQ3 leitend. Dies wiederum hat zur Folge, daß das
Potential an der Basis des Transistors TQ2, das den Schwellwert vorgibt, auf etwa -200 mV gebracht wird. Um somit den Schwellwert-, detektor wieder in seinen Ausgangszustand zurückzuschalten, muß das Eingangssignal ein Potential erreichen, das positiver ist
als -200 mV.

Aus Fig. 6 ist der Schaltungsaufbau des in Fig. 2a verwendeten
Spitzenwertdetektors 240 ersichtlich. Dieser ist über die Leitung 211 an den Ausgang des Verstärkers 210 angeschlossen. Er erzeugt beim Auftreten eines negativen Spitzenwertes im Eingangsignal ein digitales Ausgangssignal auf der Leitung 241 und beim Auftreten eines positiven Spitzenwertes ein entsprechendes Ausgangssignal auf der Leitung 243. Das Erkennen der Spitzenwerte beruht auf einer Differentiation der Eingangsspannung. Wenn die differenzierte
Spannung den Wert Null aufweist, dann wird auf einer der beiden Ausgangsleitungen 241 oder 243 ein Signal erzeugt.

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Die Transistoren PQl, PQ2 und PQ3 bilden einen Verstärker mit der Verstärkung 1, der eine hohe Eingangsimpedanz und eine niedrige Ausgangsimpedanz bewirkt. Die Widerstände PRl und PR2 dämpfen das Eingangssignal etwa im Verhältnis 5:1. Die Transistoren. PQ4, PQ5, die Dioden PT6, PT7, PT8 und der Kondensator PC2 bilden die Differenzierschaltung. Der Kondensator PC2 wird über den Kollektor des Transistors PQ3, der den Ausgang des Verstärkers mit der Verstärkung 1 bildet, gespeist. Der Strom über den Kondensator PC2 entspricht dem Produkt aus der Kapazität und der Spannungsänderung. Die Richtung des Stromes über diesen Kondensator ist somit abhängig davon, ob die Spannungsänderung positiv oder negativ ist. Je nach der Richtung der Spannungsänderung fließt somit ein Strom entweder über die Diode PD7 oder die Diode PD8. Die Transistoren PQ4 und PQ5 bilden Rückkopplungsverstärker für die Dioden PD7 und PD8.

Wenn das Eingangssignal die Form einer Sinuswelle aufweist und die Spannungsänderung die Richtung vom Positiven zum Negativen ändert, d.h. das Eingangssignal einen Spitzenwert besitzt, dann geht der Strom von der Diode PD7 auf die Diode PD8 über. Dies bewirkt eine positive Spannungsänderung am Kollektor des Transistors PQ5. Bei negativen Spitzenwerten, bei denen die Richtung der Spannungsänderung vom Negativen zum Positiven verläuft, ergibt sich eine negative Spannungsänderung am Kollektor des Transistors PQ5. Diese Spannungsänderungen werden zu den Transistoren PQ6 und PQ8 übertragen. Der Transistor PQ6 ist ein Emitterfolger, der den Transistor PQ7 steuert. Bei einem negativen Spitzenwert des Eingangssignals wird das Potential am Emitter des Transistors PQ6 herabgesetzt, wodurch der Transistor PQ7 für eine Zeitspanne, die bestimmt wird durch den Kondensator PC6 und den Widerstand PR21, gesperrt wird. Auf der Leitung 241 wird somit ein positiver Impuls erzeugt, der das Auftreten eines negativen Spitzenwertes anzeigt.

Der Transistor PQ8 erzeugt eine Spannungsverstärkung von -1. Der Transistor PQ9 arbeitet in gleicher Weise wie der Transistor

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PQ7. Seine Eingangsspannung ist jedoch gegenphasig zu der des Transistors PQ7, so daß er beim Auftreten positiver Spitzenwerte angesteuert wird. Somit tritt auf der Ausgangsleitung 243 dann ein positiver Impuls auf, wenn im Eingangssignal ein positiver Spitzenwert festgestellt wird.

In Fig. 7 sind die in der beanspruchten Schaltungsanordnung verwendeten UND-Glieder in ihrem Aufbau dargestellt. Jedes UND-Glied besitzt zwei Eingänge. Der eine Eingang ist mit dem Ausgang eines Schwellwertdetektors und der andere mit einem Ausgang des Spitzenwertdetektors verbunden. Die Bildung der UND-Bedingung wird durchgeführt, um am Ausgang des Spitzenwertdetektors eventuell auftretende Störsignale zu eliminieren. Die UND-Funktion ergibt sich durch das Zusammenwirken der Dioden GDl und GD2 mit dem Widerstand GRl. Der Transistor GQl und die Widerstände GR2 sowie GR3 invertieren das über die Diode GT3 zugeführte Signal. Die Widerstände GR4 und GR5 bewirken eine negative Verschiebung des Signals am Kollektor des Transistors GQl und ermöglichen das Umschalten des Transistors GQ2. Der Kollektor des Transistors GQl ist mit der Basis des in Emitterschaltung angeordneten Transistors GQ2 gekoppelt. Die Aus gangs leitung des UND-Gliedes ist mit dem Kollektor des Transistors GQ2 verbunden. Wenn die Signale an beiden Eingängen des UND-Gliedes positiv sind, wird über den Widerstand GRl der Transistor GQl leitend gesteuert, wodurch die Basis des Transistors GQ2 auf niedrigem Potential gehalten wird, so daß ein Ausgangs signal auf der Ausgangs leitung 95 bzw. 96 erzeugt wird.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Schaltungsanordnung zur Regenerierung einer binäre Informations el entente enthaltenden Signalfolge, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens je ein Schwellwertdetektor und ein Spitzenwertdetektor vorgesehen sind, denen die Signalfolge parallel zugeführt wird, und daß jeweils ein Ausgang eines Schwellwertdetektors .und eines Spitzenwertdetektors mit den Eingängen eines UND-Gliedes verbunden ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Schwellwertdetektoren in Abhängigkeit von ihrem Schaltzustand verschiedene Schwellwerte aufweisen.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Schwellwertdetektoren und Spitzenwertdetektoren jeweils in gleicher Weise für positive und für negative Signalanteile vorgesehen sind.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß die Schwellwertdetektoren für positive und nega tive Signalanteile in gleicher Weise aufgebaut sind und daß einem der beiden Schwellwertdetektoren ein Inverter vorgeschaltet ist.

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